РАДИАЛЬНАЯ ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА Российский патент 1998 года по МПК B60C9/08 

Настоящее изобретение касается пневматических шин. Более конкретно, оно касается расположения проволок усиления в боковых сторонах и в закраинах; оно касается также анкерного крепления проволок каркаса в закраине.

Усиление каркаса пневматических шин в настоящее время составляется из одного или нескольких настилов, чаще всего радиальных, обматываемых вокруг одной или нескольких распорок, расположенных в закраинах. Закраины представляют средство, позволяющее фиксировать пневматическую шину на ободе. Благодаря этому обеспечивается очень большая жесткость составленной таким образом закраины.

Желательно обеспечить постепенное развитие жесткости закраины, размещая проволоки радиально вверх в направлении борта. В настоящее время довольно трудно обеспечивать такое постепенное развитие жесткости между бортом, который должен иметь большую гибкость, и закраиной, которая наоборот должна иметь большую жесткость. На деле, усиления, которые размещают в этой части пневматики, всегда неизбежно имеют разрыв сплошности: на конце, радиально верхнем выворота каркаса переходят без перехода в зону без такого выворота каркаса, которая неизбежно всегда менее жесткая. Под возвратом "радиально вверх" или "радиально выше" означает к самому большому радиусу, и обратно.

В настоящее время уже известны другие принципы составления радиального каркаса, которые позволяют избежать обматывания вокруг распорки. Для примера можно сослаться на патент США 3815652, B 60 C 9/08, 1974, в котором предложено составлять усиление каркаса из единой проволоки, прокладываемой особым путем от одной закраины до другой закраины пневматической шины, с тем чтобы одна и та же проволока частично и постепенно составила усиление, которая заменяет классическую распорку. В известной структуре проволока каркаса образует в боковых сторонах U, нижняя часть которого находится в закраине, концентрично к пневматику. Нижняя часть U размещается в закраине на определенной длине дуги. U фигуры размещают столько раз, сколько это необходимо, сдвигая их по отношению друг к другу до закрытия всей боковой стороны пневматической шины. Таким образом составляют структуру, в которой в закраинах усилительная проволока, рассматриваемая радиально, образует лесенки: нижняя часть U не выравнивается точно по окружности, заключенной в плоскости, перпендикулярной к оси шины. Эта структура усиления препятствует точной укладке проволок и не обеспечивает пневматической шине хорошую равномерность. Так, в настоящее время, самым важным является бесконечное требование высокого уровня качества пневматических шин.

Целью изобретения является разработка нового образа расположения проволоки усиления каркаса для обеспечения как можно более постепенного развития прочности на изгиб боковой стороны пневматической шины при приближении к закраине.

Другой целью изобретения является разработка структуры усиления пневматической шины, которое было бы как можно более однородным в направлении окружности.

Наконец, еще одной целью, преследуемой изобретением, является создание структуры усиления для пневматической шины, которая легко подходит для механизированного изготовления.

Радиальная пневматическая шина, согласно изобретению, содержащая радиальный каркас, анкерно закрепленный с каждой стороны в закраине, основание которого предназначено для установки на гнезде обода, причем каждая закраина продолжается боковой стороной, а боковые стороны сходятся в полосу качения, при этом каркас состоит из проволоки каркаса, образующей из радиальных ходов туда и обратно закраину, усиленную проволоками, ориентированными по окружности, отличается тем, что в закраине анкерное крепление каркаса обеспечивается следующим образом:
- ходы туда и обратно каркасной проволоки располагаются прилегающими друг к другу без перекрытия и выравниваются по окружности, с петлей, соединяющей каждый раз ход туда с ходом обратно;
- радиальные ходы туда и обратно образуют в закраине одну или несколько линий по окружности;
- каждая линия по окружности радиальных проволок окаймлена с каждой стороны в аксиальном направлении по меньшей мере одним штабелем проволок, ориентированных по окружности, с прокладкой слоя резиновой смеси, имеющей твердость по Шору A более 70.

В настоящем описании термин "Проволока" означает вообще как монофиламенты, так и мультифиламенты, или соединения, такие как тросы, крученые проволоки или любые эквивалентные соединения, независимо от материала т обработки этих проволок, например, обработки поверхности или покрытие или предварительное проклеивание, способствующее сцеплению с резиной. Каркасное усиление составляется внакладку между двумя штабелями проволок, ориентированных по окружности, с прокладкой резины. Каркас называется радиальным, когда его проволоки расположены под 90^o, но также, в зависимости от применения, под углом близким 90^o.

В настоящее время известно, что слой или слои каркаса оборачиваются вокруг распорки. В этом случае распорка выполняет функцию анкерного крепления каркаса, то есть воспринимает напряжение, развивающееся в каркасной проволоке под действием давления накачивания. Предлагаемое здесь устройство обеспечивает эту функцию анкерного крепления каркаса.

Известно также, что в настоящее время одна и та же распорка обеспечивает также функцию сжатия закраины на ее ободе. Предлагаемое здесь устройство также способно обеспечить достаточное сжатие.

На фиг.1 представлен радиальный разрез, показывающий по существу боковую сторону и закраину пневматической шины согласно изобретению; на фиг.2 - вид в перспективе, показывающий только расположение усилительных проволок; на фиг. 3 - радиальный разрез, показывающий второй вариант исполнения изобретения; на фиг.4 - перспектива, в которой показана часть усилительных проволок, расположенных в соответствии с вторым вариантом исполнения; на фиг.5 - показывает третий вариант исполнения изобретения в радиальном разрезе, показывающий боковую сторону и закраину пневматической шины.

На фиг.1 и 2 показан самый простой вариант исполнения. Там видны разные хорошо известные части пневматической шины, имеющие особое отношение к настоящему изобретению, а именно - боковая сторона 1 и закраина 2. Усиление каркаса составлено из частей проволоки 3, здесь ориентированных радиально в боковых сторонах 1. Проволока 3 образует расположенные рядом петли 30, находящиеся в закраине 2. Петли 30 прилегают друг к другу и не перекрываются.

Размещая проволоку петлями, избегают любых разрезных краев, которые могут представлять собой нарушение сплошности. Фактически, проволока усиления представляет собой вообще трос; концы троса имеют в месте разреза разветвления, в которых все монофиламенты расходятся друг от друга. Это образует места разрыва внутри пневматической шины. Если волокна выполнены из текстильного материала, они обмазываются клеем, чтобы обеспечить очень хорошее сцепление с резиной. К сожалению на каждом конце троса после его обрезки нет этой предварительной клеевой обмазки, в связи с чем резина в том месте не прилипает к месту среза, что влечет за собой опасность появления мест разрыва внутри закраины. С размещением, описанным здесь, недостатка такого рода не следует опасаться.

Благодаря наличию петель между ходами туда и обратно видно, что каркас является типа "моно волокно". Разумеется, каркас можно изготавливать сплошным из одной нити. Согласно настоящему изобретению следует использовать однако небольшое число проволок и располагать концы и начала проволоки скорее под лентой качения, чем в закраинах.

Чтобы обеспечить совершенное анкарное крепление каркаса, закраину делают композитной слоистой. Внутри закраины 2 располагают по обе стороны ходов туда и обратно каркасной проволоки 3, штабель проволок, ориентированных по окружности (штабели 61 и 62) с прокладкой слоя 5 резиновой смеси с твердостью по Шору A более 70. В каждом штабеле 61, 62 проволоки лежат концентрично и с перекрытием. Можно, например, намотать несколько витков латунной металлической проволоки.

Нет необходимости добавлять резиновую смесь, которая была бы характерной для обеспечения пропитки каркасной проволоки 3, или витков проволоки, образующих штабели 61 или 62, но следует избегать, чтобы проволоки, ориентированные по окружности, соприкасались непосредственно с проволоками, ориентированными радиально. Тот же тип смеси обеспечивает функции прокатки и соединения между отрезками проволоки одного штабеля, и между разными проволочными штабелями, путем пропитки при формовке.

В процессе экспериментов были выявлены очень интересные результаты относительно выносливости при использовании в качестве прокладочных резиновых слоев 5 смеси, содержащей синтетический эластомер SBR, применявшийся один или в купаже с полибутадиеном, причем указанный SBR имел температуру перехода в стеклообразное состояние /Tg/ в пределах между -70^oC и -30^oC, а названный полибутадиен имел Tg в пределах между -40^oC и -10^oC, при этом синтетический эластомер или эластомеры использовались в обобщенном соотношении по меньшей мере 40% от общего веса эластомера, остальное составлял натуральный каучук. Указанные температуры Tg измерялись дифференциальным термоанализом. Предпочтительно применяется раствор SBR. Например, применяют смесь, содержащую 50% раствора SBR, имеющего Tg - 48^oC, 50% NR с добавкой усиливающих наполнителей и смолы для получения желаемой твердости по Шору A. Слой 5 может быть получен, в вулканизированном пневматике, в связи с тем, что каркасная проволока и/или проволоки витков 61, 62 укладывались в достаточной степени покрытыми резиной для того, чтобы после формовки появились слои 5, которые были только что описаны.

Вместо смесей на основе резины, таких, как указаны выше, можно применять также термопластичные смолы (алифатический полиамид, полифениланоксид) или термоотверждающиеся смолы (формофенольные смолы), которые позволяют получить соответствующие твердость и клейкость.

Для получения хорошего склеивания слоя 5 резины одновременно с металлическими, покрытыми латунью проволоками штабелей 61, 62 и с текстильными волокнами 3 каркаса, и чтобы гарантировать хорошую стойкость такого склеивания при высокой температуре, названный слой 5 резины содержит большой процент серы, с добавкой активаторов сцепления (например, металлических солей кобальта или никеля) в строго выверенных пропорциях. Количество серы, например, применяют в пределах от 5 до 8% от всего веса эластомера, и кобальта в количестве 0,2% от всего веса эластомера.

Чтобы обеспечить восстановление напряжения, появляющегося в каркасных проволоках под действием давления накачивания, желательно, чтобы названные петли были расположены радиально на уровне, ниже самой низкой части штабелей прилегающих друг к другу проволок, ориентированных по окружности.

Предпочтительно, каркасная проволока 3 образует ходы туда и обратно от одной закраины 2 до другой, пневматической шины, проходя под полосой качения; следовательно проволока от одной закраины до другой является непрерывной. Все остальные средства усиления структуры пневматической шины под полосой качения не входят в объем настоящего изобретения. Достаточно указать, что они могут быть составлены с помощью любых соответствующих способов усиления, таких, например, как проволоки, расположенные с целью обеспечения триангуляционного пояса. Кроме того, в закраине можно разумеется разместить очень твердую резиновую смесь, типа используемой для набивок на бортах в известных пневматических шинах. Такая набивочная резина располагается по обе стороны усиления каркаса.

Когда пневматик, смонтированный на ободе, для которого он предназначен, подвергается переменным деформациям, зона соприкосновения с ободом, то есть часть закраины, находящаяся под крюком обода практически не подвергается никакой деформации. Верхняя часть боковой стороны, то есть по общему правилу часть, заключенная между экватором и закраиной пневматика, прогибается достаточно сильно, чтобы сообщать пневматику необходимую гибкость. Экватором является самая широкая часть боковой стороны, соответствующая максимальным габаритам пневматика, смонтированного на ободе.

Для того, чтобы обеспечить как можно более постепенный переход между зоной контакта с ободом и экватором над зоной контакта с ободом, и под экватором, резиновые составляющие, находящиеся по обе стороны каркаса имеют следующее соотношение:
,
где E_i - модуль радиального направления;
l_i - толщина каждого составляющего "i" в резине, соответственно снаружи 70 и внутри 71 каркасной проволоки. Когда в этой части пневматика имеется несколько каркасных линий, при применении этой формулы, принимаются во внимание только составляющие снаружи самой внешней проволоки, и соответственно внутри самой внутренней проволоки.

Когда модуль всех используемых составляющих является подобным, это означает, что каркас должен пройти как можно ближе к внутренней стороне борта. Можно также применять более мягкие резины (то есть с более низким модулем) с внутренней стороны борта. Это обеспечивает хороший компромисс между стойкостью покрышки и удобством, которое она создает.

На фигурах 3, 4 и 5 видно, что в каждом борту 1 проволоки 3 каркаса образует только одну линию по окружности из частей проволоки, укладываемых рядом, и что, отходя от борта для соединения с закраиной 2, каркас делится на два ряда по окружности радиальных проволок 31, 32, расходящихся аксиально постепенно друг от друга. Каждый ряд по окружности радиальных проволок 3 окаймлен, как указано выше, с каждой стороны штабелем проволок, ориентированных по окружности с прокладкой слоя резины, составленного как описано выше. Ряд 31 окаймлен штабелями 61 и 62, а ряд 32 окаймлен штабелями 62 и 63. Все штабели проволок, ориентированных по окружности, здесь выполнены намоткой по спирали. Предпочтительно, чтобы средний штабель 62 был поднят радиально над боковыми штабелями 61 и 63.

Это приводит к шахматному расположению, которое хорошо видно в перспективе на фиг. 4, где хорошо видно, что разные ряды разделены штабелем проволок, ориентированных по окружности.

Разумеется, что там можно иметь более двух рядов по окружности радиальных проволок, постепенно расходящихся аксиально друг от друга. В этом случае каждый ряд образуется из одной каркасной проволоки, прокладываемой радиально туда и обратно. Отрезки проволоки, разных рядов расположены так, чтобы в борта, две части каркасной проволоки, прилегающие друг к другу, отходили от разных рядов в закраине 2. Иначе говоря, в борту происходит переплетение проволок каждого ряда, а не в закраине, так, чтобы там также петли 30 каждого ряда не перекрывали друг друга.

Этот второй вариант особенно интересен потому, что на уровне борта 1 пневматика имеется только один ряд по окружности радиальных участков проволок (в один слой). Это обеспечивает очень хорошую гибкость бортов: жесткость на изгиб борта при расплющивании пневматика, снабженного такой усилительной структурой остается малой, настолько малой, как при наличии двух каркасных слоев, у выпускаемых в настоящее время пневматических шин.

По мере приближения к закраине 2 каркасная проволока 3 распределяется на два ряда по окружности, которые постепенно отделяются друг от друга, и можно, разумеется, точно определить высоту, на которой должно происходить это разделение на несколько рядов, расположив резину на выбранной высоте.

Таким образом, очень постепенно повышается жесткость на изгиб. Кроме того, большой интерес представляет деление на два числа радиальных частей проволоки в одном ряду внутри закраины, относительно числа радиальных частей в одном ряду борта, так как радиус становится меньше высоты закраины, и требуется меньше места для размещения прямых проволок, чем в борту. Такое распределение проволок способствует прекрасному их размещению с хорошей пропиткой резиной.

На фиг.5 показан третий вариант исполнения изобретения. Внутри закраины 2 были добавлены обмотки по окружности проволоки 64 и 65. Между проволоками продолжают оставаться лишь тонкие слои резины, то есть слои, толщина которых не больше диаметра проволок обмотки или рядов.

На той же фигуре видно, что имеются участки проволоки 66, ориентированные по окружности, поднятые радиально вверх в части борта (1), находящейся под экватором. Это позволяет обеспечивать разные режимы видов естественного равновесия радиально накачиваемого каркаса. Это позволяет также прекрасно владеть формой пневматической шины, когда она накачивается на колесе. Разумеется, можно применять проволоку разной природы в бортах и в закраине, или внутри них.

Предпочтительно, плотность проволок, ориентированных по окружности, гораздо меньше в борту 1, чем в закраинах 2. Желательно, чтобы изменение плотности было постепенным, с целью обеспечения как можно более постепенного между закраиной и бортом пневматической шины.

Понятно, что предлагаемая структура усиления в радиальном каркасе обеспечивает постепенное развитие жесткости между бортом и закраиной. Это структура предлагает создателю пневматической шины очень большую широту регулирования этой жесткости и ее развития, очень просто воздействуя на плотность проволок, ориентированных по окружности, и при желании на число рядов по окружности радиальных проволок в закраинах, и выбирая природу проволок.

Таким образом, предлагаемая структура не имеет никакого разрыва сплошности усиления, что очень способствует повышению стойкости пневматической шины, и это, совершенно неожиданно, приводит к большему комфорту пневматика.

Для размещения как можно точно проволок усиления, предпочтительно собирать пневматическую шину на жестком сердечнике, придающим форму ее внутренней полости. На этот сердечник накладывают в порядке, требуемом конечной архитектурой, все составляющие пневматической шины, которые размещаются непосредственно в их окончательном месте, без подгонки в момент сборки. В этом случае пневматическую шину можно формовать и вулканизировать способом, описанным в патенте США 4895692.

Каркас покрышки состоит из единой проволоки, протянутой туда и обратно от одной закраины к другой. Анкерное крепление каркаса в закраине осуществляется размещением с каждой стороны (в аксиальном направлении) проволок каркаса по меньшей мере одного штабеля проволок, ориентированных по окружности с прокладкой слоя из смеси резины, имеющей твердость по Шору А более 70. 14 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Радиальная пневматическая шина, содержащая каркас, анкерно закрепленный с каждой стороны пневматической шины в закраине, основа которой предназначена для установки на гнезде обода, причем каждая закраина является продолжением борта, при этом борта соединены с полосой качения, а каркас состоит из каркасной проволоки, образующей ходы туда и обратно, при этом закраина усилена проволоками, ориентированными по окружности, отличающаяся тем, что в закраине анкерное крепление каркаса образовано проволоками каркаса, расположенными впритык друг к другу и уложенными в ряд по окружности с петлей, соединяющей каждый раз ход туда и обратно, радиальные ходы туда и обратно проволоки образуют в закраине один или несколько рядов по окружности, каждый ряд по окружности радиальных проволок окаймлен с каждой стороны в аксиальном направлении по меньшей мере одним штабелем проволок, ориентированных по окружности, с прокладкой слоя из резиновой смеси, имеющей твердость по Шору А более 70. 2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что каркасная проволока образует ходы туда и обратно от одной закраины до другой, проходящая под полосой качения. 3. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в бортах красная проволока ориентирована радиально. 4. Шина по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что петли расположены радиально на уровне ниже самой низкой части в штабелях прилегающих друг к другу проволок. 5. Шина по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что в части борта, находящейся над зоной контакта с ободом, и под экватором, резиновые составляющие, находящиеся по обе стороны каркаса имеют следующее соотношение:

где E_i - модуль в радиальном направлении;
l_i - толщина каждого составляющего i из резины соответственно снаружи (ext) и внутри (int) проволоки каркаса. 6. Шина по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что прокладываемый слой резиновой смеси представляет собой смесь, содержащую синтетический эластомер SBR, температура перехода в стеклообразное состояние Tg которого имеет пределы между -70 и -30^oС, в соотношении по меньшей мере 40% от общей массы эластомера. 7. Шина по п.6, отличающаяся тем, что SBR применяется вместе с PB, параметр Tg которого лежит в пределах между -40 и -10^oС, при этом общее соотношении синтетического эластомера составляет по меньшей мере 40% от общей массы эластомера. 8. Шина по пп. 6 и 7, отличающаяся тем, что используемым SBR является раствор. 9. Шина по пп.6 - 8, отличающаяся тем, что процентное содержание серы в смеси в указанном прокладочном слое составляет 5 - 8% от общей массы эластомера. 10. Шина по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что прокладочный слой состоит в основном из резины, выбранной в группе, состоящей из алифатического полиамида, оксида полифенилена и формофенольных смол. 11. Шина по пп.1 - 10, отличающаяся тем, что закраина содержит проволоки, ориентированные по окружности, расположенные несколькими штабелями по всей ее ширине. 12. Шина по пп.1 - 11, отличающаяся тем, что в каждом борту каркасная проволока образует один ряд по окружности радиальных ходов туда и обратно, и отходя от борта для соединения основы закраины названный ряд делится на, по меньшей мере, два ряда, аксиально постепенно расходящихся один от другого или одних от других. 13. Шина по п.12, отличающаяся тем, что каждый ряд, расположенный в закраине, образуется из одной каркасной проволоки, делающей ходы туда и обратно, а на уровне бортов два отрезка каркасной проволоки, прилегающих друг к другу, отходят от разных рядов закраины. 14. Шина по пп.1 - 13, отличающаяся тем, что она содержит проволочный штабель, ориентированный по окружности в части борта, находящейся под экватором. 15. Шина по п.4, отличающаяся тем, что плотность проволок, ориентированных по окружности меньше, в борту, чем в закраине.